产吲哚乙酸菌、荧蒽降解菌强化植物修复荧蒽污染土壤

摘要

多环芳烃是环境中普遍存在的持久性有机物污染物，因其具有致癌、致畸、致突变的“三致”作用而受到广泛关注。微生物与植物联合修复多环芳烃污染土壤具有绿色廉价等特点，大量应用于实际修复中。本实验将功能微生物引入植物修复领域，将筛选到的产吲哚乙酸菌和多环芳烃降解菌联合黑麦草进行荧蒽污染土壤的修复，并研究两者在单独和共同作用下强化黑麦草修复多环芳烃污染土壤的机制。
　　本研究从土壤中筛选出3株产IAA细菌，分别命名为ZZ13、ZZ18和ZZ21，经定量测定后发现在30℃、180r/min摇床培养24h后，分别能产生46.67mg/L、53.47 mg/L和59.81mg/LIAA，同时还发现这三株菌均有一定的耐盐碱和解磷能力。通过对细菌的生理生化特征和16S rDNA基因序列分析，鉴定出菌株ZZ13为蜡状芽孢杆菌（Bacillus Cereus），菌株ZZ18为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），菌株ZZ21为耐盐节杆菌(Arthrobacter pascens)。
　　在实验室摇瓶条件下，经过单因素条件优化，得到菌株ZZ13的最佳发酵培养条件是初始pH为6，装液量为15mL/150mL，28℃摇床培养20h，最佳碳、氮源分别是甘露醇和酵母粉，在最佳单因素条件下菌株产IAA能力最强可达95.28mg/L;菌株ZZ18的最佳发酵培养条件是初始pH为10，装液量为45mL/150mL，28℃摇床培养15h，最佳碳、氮源分别是甘露醇和酵母粉，在最佳单因素条件下菌株产IAA能力最强可达80.15mg/L;菌株ZZ21的最佳发酵培养条件是初始pH为6，装液量为45mL/150mL，28℃摇床培养15h，最佳碳、氮源分别是甘露醇和酵母粉，在最佳单因素条件下菌株产IAA能力最强可达92.31mg/L。
　　本研究还从石油污染土壤中筛选出一株对多环芳烃具有一定降解效果的菌株，在实验室摇瓶条件下，该菌分别对初始浓度为50mg/L荧蒽、50mg/L蒽、100mg/L菲、25mg/L苯并[a]芘的7d降解率为57.63％、31.43％、22.27％和24.92％。通过细菌生理生化特征和16S rDNA基因序列分析，鉴定出菌株Z21为蜡状芽孢杆菌（BacillusCereus）。
　　菌株Z21在初始荧蒽浓度为25mg/L、转化液初始pH为8、培养温度为35℃、装液量为60mL/150mL时降解效果最佳，同时添加葡萄糖作为共代谢底物能最有效促进该菌降解荧蒽。在最佳单因素优化条件下菌株Z21对荧蒽的7d降解率最高可达74.79％。
　　最后，以黑麦草和筛选出的产IAA菌ZZ21、荧蒽降解菌Z21为原材料，通过盆栽实验，设置8个处理对人工添加200mg/Kg的荧蒽污染土壤进行修复，分别为不加任何处理的污染土壤(CK)，污染土壤、种植黑麦草(P)，污染土壤、接种产吲哚乙酸菌ZZ21(I)，污染土壤、接种荧蒽降解菌Z21(F)，污染土壤、接种产吲哚乙酸菌ZZ21和荧蒽降解菌Z21(FI)，污染土壤、种植黑麦草、接种产吲哚乙酸菌ZZ21(IP)，污染土壤、种植黑麦草、接种荧蒽降解菌Z21(FP)，污染土壤、种植黑麦草、接种产吲哚乙酸菌ZZ21和荧蒽降解菌Z21(FIP)。在温室中进行培养，30d和60d后破坏性采样。
　　与CK相比，其他七种处理都能显著提高土壤中荧蒽的去除率。添加两种功能菌均能强化黑麦草修复荧蒽污染土壤，且以添加这两种功能菌与黑麦草联合修复效果最好，60d时荧蒽去除率达到75.98％。其中添加产IAA菌的处理可以通过促进黑麦草的生长和耐受性，提高植物的吸收作用来提高荧蒽的去除率，而添加荧蒽降解菌的处理则主要是由菌株本身发挥降解作用。
　　添加不同菌的处理均能显著提高黑麦草的生物量，黑麦草根部的荧蒽含量都要远大于叶部，随着培养时间的推移，每个处理中黑麦草的地上和地下部分的荧蒽含量都在减少。添加不同菌的处理其三大菌数量都显著高于CK处理，只加菌的处理中真菌和放线菌数量都要小于既加菌又种植物的处理，而细菌数量规律则与之相反。随着时间的增加，各个处理中的微生物活性都有所增强，只加菌的处理土壤微生物活性要好于其对应种植黑麦草的处理。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 文献综述

1 土壤中PAHs污染的危害及现状

1．1 概述

1．2 土壤中PAHs的来源

1．3 土壤中多环芳烃的污染现状

1．4 多环芳烃的危害

1．5 荧蒽的分布、来源与危害

2 土壤中多环芳烃的修复技术

2．1 物理化学修复

2．2 微生物修复

2．3 植物修复

2．4 植物—微生物联合修复

3 研究目的和内容

3．1 研究目的和内容

3．2 技术路线图

第二章 产吲哚乙酸菌的筛选、鉴定及特性研究

1 引言

2 材料和方法

2．1 试验材料

2．2 试验方法与步骤

3 结果与讨论

3．1 分泌IAA细菌的分离、筛选与纯化

3．2 菌株的形态与生理生化特征

3．3 菌株16S rDNA分子学鉴定

3．4 不同培养条件对菌株生长以及产IAA能力的影响

4 小结

第三章 多环芳烃降解菌的筛选、鉴定及特性研究

1 引言

2 材料和方法

2．1 试验材料

2．2 试验方法与步骤

3 结果与讨论

3．1 荧蒽降解菌的分离、筛选与纯化

3．2 菌株的形态与生理生化特征

3．3 菌株16S rDNA分子学鉴定

3．4 多环芳烃降解菌降解效果的定量测定和降解曲线

3．5 菌株对其他PAHs的降解效果

3．6 不同培养条件对菌株荧蒽降解能力的影响

4 小结

第四章 产吲哚乙酸菌、多环芳烃降解菌和黑麦草联合修复多环芳烃污染土壤

1 引言

2 材料和方法

2．1 试验材料

2．2 试验方法与步骤

3 结果与讨论

3．1 土壤中荧蒽含量变化

3．2 黑麦草生物量变化

3．3 黑麦草中荧蒽含量变化

3．4 土壤中微生物数量变化

3．5 土壤微生物功能多样性的变化

4 小结

第五章 全文总结与研究展望

1 全文总结

2 主要创新点

3 不足之处及研究展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文与申请的专利

致谢